Относительная объемная деформация

,

где V – первоначальный объем образца; V – изменение объема образца, которое определяется с помощью волюметра.

В пределах линейной зависимости между общими деформациями (продольными или объемными) и приращением осевого давления ₁ находим модуль общей линейной деформации

. (2.44)

Модуль объемной деформации:

.

Между модулем объемной и модулем линейной деформации существует взаимосвязь:

, (2.45)

откуда коэффициент относительной поперечной деформации аналогичен коэффициенту Пуассона:

. (2.46)

2.6.3. Лопастные испытания на сдвиг при кручении

Для определения сопротивления сдвигу водонасыщенных слабых грунтов обычно используют крыльчатку. Этот метод был впервые применен в Швеции. При лопастных испытаниях в забой скважины ниже конца обсадной трубы в грунт вдавливается лопастная крыльчатка (рис.2.27). После чего вращением рукоятки с помощью двойного червячного редуктора производится полный поворот ее на 360^о и грунт срезается по цилиндрической поверхности высотой h и диаметром d. Замеряется максимальный скручивающий момент M_кр .

Рис.2.27. Схема четырехлопастной крыльчатки

Сопротивление сдвигу определяется по формуле

. (2.47)

Метод лопастных испытаний широко применяется при определении общего предельного сопротивления сдвигу слабых илистых и глинистых грунтов и соответствует недренированному их состоянию.

При расчетах принимают _sc, т.е. сопротивление сдвигу равно силам сцепления.

2.6.4. Испытания по методу шарового штампа (метод н.А.Цытовича)

Этот метод используется для определения сил сцепления и длительной прочности слабых илистых, глинистых, лессовых, вечномерзлых льдистых грунтов в полевых и лабораторных условиях при помощи шаровой пробы.

Условия испытания. Дают одну ступень нагрузки с таким расчетом, чтобы отношение осадки к диаметру шарового штампа было больше 1/200. Тогда упругими деформациями грунта можно пренебречь. Из теоретических соображений отношение осадки штампа S к его диаметру D должно быть менее 0,1, то есть 0,1. В этом случае при испытаниях штампами различного диаметра результаты будут практически одинаковыми. По результатам испытаний определяют сцепление грунта по формуле

. (2.48)

Рис.2.28. Установка для полевых испытаний связных грунтов методом шарового штампа:

1 – часть сферы диаметром 30-50 см;

2 – шток с грузовой площадкой;

3 – штатив;

4 – индикатор часового типа

2.7. Нормативные и расчетные деформационные и прочностные характеристики грунтов

Грунты в основании фундаментов, как правило, неоднородные. Поэтому определение какой-либо его характеристики по исследованию одного образца дает только частное значение. Для определения нормативных характеристик грунта проводят серию определений каждого показателя. Нормативные значения физических свойств и модуля деформации грунтов определяются как среднеарифметические величины из общего числа определений:

, (2.49)

где n – число экспериментов по определению характеристики, x_i – частное значение искомой характеристики.

Характеристики x, используемые в расчетах, называют расчетными и определяют по формуле

, (2.50)

где _q – коэффициент надежности.

Расчетные значения физических характеристик грунта, кроме плотности грунта , определяются при _q = 1. Нормативные значения прочностных характеристик – угла внутреннего трения _n и сцепления c_n – определяются не непосредственно из опытов, а после построения графиков сопротивления грунта сдвигу. Поскольку построение графиков сопротивления сдвигу по точкам вносит в расчеты элемент субъективности, результаты серии опытов на сдвиг аппроксимируют прямой с использованием для обработки экспериментальных данных метода наименьших квадратов. При этом число определений сопротивлений сдвигу при одном уровне нормальных напряжений  должно быть не менее шести.

Нормативное значение прямой c_n и _n находим по формулам

, (2.51)

, (2.52)

где n – число экспериментов по определению сопротивления грунта сдвигу _i при напряжении _i;

. (2.53)

Расчетные значения прочностных характеристик c_n, j_n, плотность грунта , удельный вес, которые используются для определения устойчивости массивов грунта, определяются по формуле (2.50). При этом коэффициент надежности по грунту _q находят из выражения

, (2.54)

где _т – параметр точности оценки среднего значения характеристики грунта. Знак перед показателем _т выбирают такой, который обеспечивает большую надежность расчета. Для сил сцепления c и tgj величину _т определяют по формуле

r_т = t_, (2.55)

для плотности грунта, удельного веса

, (2.56)

где t_ – коэффициент, зависящий от односторонней доверительной вероятности , принимаемый по таблицам;  – коэффициент вариации определяемой характеристики. Коэффициент вариации

, (2.57)

где  – среднее квадратичное отклонение определяемой характеристики; x_n – нормативное значение характеристики.

Среднее квадратичное отклонение для c и tgj вычисляют по формулам

, (2.58)

, (2.59)

где , а  определяется по формуле (2.53).

Среднее квадратичное отклонение для плотности  и удельного веса  определяют по формуле

, (2.60)

где x_n – нормативное значение характеристики; x_i – частное значение характеристики при i-м определении. Пользуясь этими формулами, при числе экспериментов не менее 6 определяют расчетные характеристики грунта.

Доверительная вероятность  расчетных значений характеристик грунтов принимается при расчетах оснований по несущей способности, равной 0,95, и по деформациям, равным 0,85. Для грунтов оснований опор мостов и труб под насыпями при расчете оснований по несущей способности  = 0,98, по деформациям  = 0,90.

Расчетные значения характеристик грунтов c, j и r для расчетов по несущей способности обозначают c_I, j_I, r_I, а по деформациям – c_II, j_II, r_II.

Для предварительных расчетов нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик можно брать из таблиц СНиПа (табл. I.1, I.2 приложения I). В этом случае принимаются следующие значения коэффициентов надежности по грунту: в расчетах оснований по деформациям g_q =1,0; в расчетах оснований по несущей способности: для удельного сцепления g_q(c)=1,5, для угла внутреннего трения песчаных грунтов g_q(j)=1,1, для пылевато-глинистых грунтов g_q(r_т)=1,15.